A F OR A DO R DE C A UDA UD A L E S P A R A C A NA L E S A B IE R TOS TO S (R.B.C.) 1. OBJETIVOS. El objetivo de esta práctica que se realizó en campo, es el de poder determinar el tirante mediante el uso de un aforador muy conocido como es el de R.B.C. Con este instrumento se facilita las mediciones de los tirantes ya que su simplicidad de colocar sobre el lecho del rio (La Palca), permite medir simplemente con una regla.
2. F UND A ME NTO NT O TE OR I C O. El aforador que debido a la sencillez de su construcción y el grado de precisión que puede alcanzar en las mediciones por el uso de programas en la calibración de la regla graduada, está siendo cada vez más difundido. Este tipo de aforadores puede adaptarse a casi todas la formas de sección transversal, sin necesidad de reconstruir los canales, y el tipo de flujo puede ser ajustado a modelos matemáticos más exactos. De acuerdo a sus propios autores: “en
condiciones hidráulicas y del entorno similares, estos vertederos y aforadores son en general, las obras más económicas para la medición exacta de caudales”.
VENTAJAS DEL MEDIDOR R.B.C. Este tipo de aforadores presenta las siguientes ventajas sobre otros aforadores (Parshall, aforador sin contracción, aforador H, vertedero de pared delgada, etc.):
Siempre que el régimen crítico se produzca en la garganta, será posible calcular una tabla de caudales, con error menor de 2%, para cualquier combinación de contracción prismática, con cualquier forma forma de canal de aproximación.
La sección de la garganta, normal a la dirección de la corriente, debe conformarse de manera que sea capaz de medir con exactitud cualquier caudal dentro de la gama prevista.
La construcción es sencilla, necesita únicamente que la superficie de la cresta se construya con cuidado.
El costo de construcción es del 10% al 20% menor que los aforadores Parshall para los tamaños que normalmente se utilizan y aproximadamente del 50% para vertedores de tamaño muy grande.
Para funcionar adecuadamente a descarga libre, requiere una pequeña caída o perdida de carga pequeña, las pérdidas de carga típicas en pequeños canales son del orden de 5.0cm.
Esta necesidad de perdida de carga puede estimarse con suficiente precisión para cualquiera de estas obras, instalada en cualquier canal.
Es prácticamente nula el problema de sedimentación, puesto que en el tramo de la rampa se va incrementando la velocidad debido a su convergencia progresiva.
UNIV.: FAJARDO MAMANI WILVER
LABORATORIO CIV-230
PÁGINA 1
A FOR A DO R R B C.
UNIV.: FAJARDO MAMANI WILVER
LABORATORIO CIV-230
PÁGINA 2
Seguidamente se muestran las dimensiones del aforador RBC. Utilizado.
UNIV.: FAJARDO MAMANI WILVER
LABORATORIO CIV-230
PÁGINA 3
3. PR OC E DI MIE NTO E XP E R IME TA L DE DA TOS . PROCEDIMIENTO MEDICION DE CAUDALES EN AFORADOR R.B.C. El proceso se lo realizo en la comunidad de La Palca, la misma cuenta con un rio muy adecuado para realizar la práctica de campo con este tipo de aforador, en el cual se escogió lugares adecuados para la instalación del aforador R.B.C.
Nivelación e instalación del aforador RBC, en campo Rio La P alca Utilizando instrumentos de trabajo como ser la pala y picota, se hizo pequeñas excavaciones en
un punto determinado del rio en cuestión, posterior a eso instala el aforador RBC como se ve en la imagen. Con la ayuda de un nivelador se calibro el aforador para que no exista pendientes no deseadas y así evitar cálculos erróneos. Luego esperamos a que el flujo del rio sea uniforme atravesando el aforador y se procedió a medir el tirante mediante una regla metálica, se realizaron mediciones. En la práctica de campo se realizó la instalación de dos aforadores RBC.
Un aforador aguas abajo del rio donde se realizaron cinco mediciones.
Un aforador aguas arriba del rio donde se realizaron tres mediciones.
4. MEDICION DE CAUDAL EN TODA LA SE CCION DEL RIO. Para el cálculo del caudal del rio La Palca se procedió a realizarlo utilizando el método del flotador.
UNIV.: FAJARDO MAMANI WILVER
LABORATORIO CIV-230
PÁGINA 4
MÉTODO DEL FLOTADOR.
Flotadores.- Consisten en objetos flotantes que adquieren la velocidad del agua que los circundan. Pueden ser de tres tipos.
a) S imples o de superficie: El inconveniente presentado por este flotador se debe al hecho de ser muy influido por el viento, por las corrientes secundarias y por las olas.
b) Dobles o s uperficiales: Constituyen un pequeño flotador de superficies, al cual está unido por una cuerda un cuerpo sumergido, a la profundidad deseada. Se hace que el volumen del primero sea despreciado frente al segundo. En estas condiciones, manteniéndose el cuerpo sumergido cerca de seis décimos de la profundidad, se determina la velocidad media.
c) B astones flotadores o flotadores las trados : Son tubos metálicos huecos o de madera, que tienen en la parte inferior un lastre de plomo para que flote en una posición próxima a la vertical. L debe ser igual o aproximadamente 0,95 H, Figura.
a) Flotador Simple b) Flotador Doble c) Bastón Flotador.
A plicación.- El método del flotador, al igual que los molinetes, tubos Pitot, métodos de la trayectoria y trazadores, se utiliza para medir la velocidad superficial del flujo, no el caudal directamente, y se utiliza en el aforo de surcos, acequias, canales, ríos, diques, etc. En el sitio que se decidió hacer el aforo, se hace un levantamiento topográfico completo de la sección transversal, el cual dependiendo de su ancho y profundidad, puede hacerse con una cinta métrica o con un equipo de topografía. El lugar elegido para hacer el aforo o medición debe cumplir los siguientes requisitos:
La sección transversal debe estar bien definida y que en lo posible no se presente agradación o degradación del lecho.
Debe tener fácil acceso.
Debe estar en un sitio recto, para evitar las sobre elevaciones y cambios en la profundidad producidos por curvas.
El sitio debe estar libre de efectos de controles aguas abajo, que puedan producir remansos que afecten luego los valores obtenidos con la curva de calibración.
UNIV.: FAJARDO MAMANI WILVER
LABORATORIO CIV-230
PÁGINA 5
Levantamiento Topográfico de la Sección Transversal.
El flotador debe ser soltado repetidas veces unos cuantos metros aguas arriba de la sección de prueba, cronometrando el tiempo que tarda en recorrer una distancia conocida (usualmente de 15 a 50 m.), marcada previamente sobre un tramo recto y uniforme. Dicho tramo es seleccionado para las observaciones a lo largo del ducto de prueba, como lo indica la Figura.
Medición de la Velocidad por Medio de Flotadores.
Una vez hallados los tiempos de recorrido, se obtiene un promedio.
. =
+ + ⋯ … … +
Dónde: . = Promedio de los tiempos de recorrido.
UNIV.: FAJARDO MAMANI WILVER
LABORATORIO CIV-230
PÁGINA 6
1 , 2 , = Tiempos de recorrido de cada observación.
Luego, la velocidad superficial se determina dividiendo la distancia recorrida entre el tiempo promedio de viaje del flotador.
= ⁄.
Dónde: = Velocidad superficial. = Distancia recorrida por el flotador.
Como la velocidad superficial es mayor que la velocidad promedio del caudal, es necesario corregir la medición del flotador multiplicándola por un coeficiente que varía de 0.65 a 0.80 ; misma que debe ser de 0.65 para pequeños caudales (acequias) y de 0.80 para grandes caudales (ríos, diques y canales).
. = ∗
Dónde: . = Velocidad promedio. = Coeficiente de corrección de la velocidad superficial, varía de 0,65 a 0,80.
Generalmente las acequias y canales de uso agrícola no están revestidos. Su sección transversal, construida en tierra, no es uniforme, por tanto, la determinación del área debe hacerse dividiendo el espejo del agua en varios segmento iguales, de tal forma que se tenga una serie de figuras geométricas consistente en triángulos y trapecios, cuyos lados estarán dados por las profundidades (di) del agua y, las alturas, por la longitud del segmento (x/n), tal como se muestra en la Figura.
Área total:
Finalmente al multiplicar el área de la sección transversal (A) por la velocidad promedio del flujo (Vpromedio), se obtiene el caudal (Q) para la corriente aforada.
5. DA TOS Y C A LCULOS . En campo se realizó la práctica en dos puntos del rio La Palca. Los mismos los llamaremos aforador 1 y aforador 2, donde el aforador 1 se encuentra aguas abajo del rio y el aforador 2 aguas arriba del rio.
UNIV.: FAJARDO MAMANI WILVER
LABORATORIO CIV-230
PÁGINA 7
DATOS GENERALE S AFORADOR RB C.
DATOS DE CAMPO, AFORADOR RB C. 1 (AGUAS A BA JO) TOMA DE DATOS EN CAMPO OBSERVACION
CARGA HIDRAULICA
CAUDAL
N°
Y1 (cm)
Q (Lt/seg.)
1
7,50
0,70
2
9,00
1,50
3
10,20
2,70
4
12,00
4,00
5
13,90
6,30
DATOS DE C AMPO, AFORA DOR RB C. 2 (AGUAS AR RIB A) TOMA DE DATOS EN CAMPO OBSERVACION N°
CARGA HIDRAULICA Y1 (cm)
CAUDAL Q (Lt/seg.)
1
9,90
2,40
2
10,80
3,00
3
11,50
3,60
DATOS DE CAMPO, RIO LA PALCA (TODA LA S ECCION TRA NSVER SAL) TOMA DE DATOS (RIO LA PALCA)
LARGO DEL RIO VOLUMEN DE CONTROL: L=10 m OBSERVACION N°
DISTANCIA X (m)
PRUFUNDIDAD h (cm)
TIEMPO t (seg)
1
1,0
18,0
7,34
2
2,0
30,0
7,97
3
3,0
26,0
7,89
4
4,0
23,0
8,31
5
5,0
17,0
8,09
6
6,0
13,0
7,56
7
6,6
5,0
8,68
UNIV.: FAJARDO MAMANI WILVER
LABORATORIO CIV-230
PÁGINA 8
UNIV.: FAJARDO MAMANI WILVER
LABORATORIO CIV-230
PÁGINA 9
UNIV.: FAJARDO MAMANI WILVER
LABORATORIO CIV-230
PÁGINA 10
TABLAS DE RES ULTADOS FINALES DE LOS A FORADORES RB C. TABLA DE PROCESAMIENTO DE DATOS AFORADOR 1 (AGUAS ABAJO) OBS. CARGA. HIDR.
CAUDAL
TIR. CRITICO
CAUDAL TEOR. CAUDAL TEOR. C. DESCARGA
N°
Y1 (cm)
Q (Lt/seg)
Yc (m)
Qt (m³/seg)
Qt (Lt/seg)
Cd
1
7,50
0,70
0,015079492
0,000602773
0,602773428
1,161298702
2
9,00
1,50
0,024965057
0,001318786
1,318786267
1,137409479
3
10,20
2,70
0,033259446
0,002074273
2,074272722
1,301661045
4
12,00
4,00
0,046221942
0,003520662
3,520661932
1,136149985
5
13,90
6,30
0,060438436
0,005470669
5,470669339
1,151595830
C. DESCARGA PROMEDIO Cd
1,177623008
TABLA DE PROCESAMIENTO DE DATOS AFORADOR 2 (AGUAS ARRIBA) OBS. CARGA HIDR.
CAUDAL
TIR. CRITICO
CAUDAL TEOR. CAUDAL TEOR. C. DESCARGA
N°
Y1 (cm)
Q (Lt/seg)
Yc (m)
Qt (m³/seg)
Qt (Lt/seg)
Cd
1
9,90
2,40
0,031157098
0,001869980
1,869979887
1,283436264
2
10,80
3,00
0,037516840
0,002514091
2,514091436
1,193274022
3
11,50
3,60
0,042565922
0,003080483
3,080482807
1,168647977
C. DESCARGA PROMEDIO. Cd
1,215119421
PROCES AMIENTO Y CÁLC ULO DE DATOS S ECC ION RIO LA PALCA: SECCION TRANSVERSAL RIO
DISTANCIA X (m) 0
1
2
3
4
5
6
7
LA PALCA
0
) m0.05 ( h 0.1 D A0.15 D I D 0.2 N U0.25 F U R 0.3 P
0.35
= .²
UNIV.: FAJARDO MAMANI WILVER
LABORATORIO CIV-230
PÁGINA 11
El área de dicha sección se calculó con “AUTOCAD”, de donde se tiene:
UNIV.: FAJARDO MAMANI WILVER
= . ²
LABORATORIO CIV-230
PÁGINA 12
6. OBSERVACIONES. Se observó que el aforador RBC es de bastante utilidad y muy sencillo de utilizarlo ya que simplemente para poder determinar tirantes en este instrumento solo se debe empotrar al lecho del rio y evitar fugas en sus costados, en nuestro caso como todo el procedimiento e instalación de este tipo de aforador en el rio en cuestión, fue bastante satisfactorio en cuanto a la calibración y nivelación del aforador RBC. Los datos reales lecturados también dieron lugar a condiciones coherentes. También se procedió a medir el caudal total de todo el rio en una determinada zona del rio, esto usando dos secciones de la misma, en los cuales también se procedió a realizar la toma de datos de una forma muy adecuada y correcta.
7. RECOMENDACIONES. Se recomienda tener todos los instrumentos necesarios para realizar esta práctica, como ser pala, picota y unas botas de goma para agua, ya que se requiere entrar al rio para estabilizar el aforador. También una regla metálica y un nivelador. Algo muy importante a tomar en cuenta es que para hacer una práctica determinada se debe minimizar lo más que se pueda el impacto ambiental que se vaya a provocar, por ejemplo, como nuestra practica consiste en analizar el flujo del rio lo que no se debe hacer es cambiar el trayecto del rio ya que puede afectar aguas abajo el medio ambiente, pero en la práctica no se lo hizo sin embargo vale recalcar esta recomendación.
8. BIBLIOGRAFIA.
http://es.scribd.com/doc/131837830/Especificaciones-Tecnicas-Aforador-Tipo-Rbc .
Mecánica de fluidos 2 _Wendor Chereque Moran.
Apuntes de Clases- Ing. Hugo Gómez Condori_ Hidráulica II y Laboratorio. Streeter V. L., Mecánica de los Fluidos, E d. Mc. Graw Hill. Texto Alumno: UMSS. Hector Ernesto Galvez Riberin._ Wilde Roberto Camacho Salazar_ Hidráulica II (Civ-230).
UNIV.: FAJARDO MAMANI WILVER
LABORATORIO CIV-230
PÁGINA 13
